欧洲大型强子对撞机(LHC)上的CMS实验首次直接观测到，快速运动的部分子在夸克-胶子等离子体中留下的“尾迹”效应。这一现象类似船只驶过水面后形成的扰动，早在20多年前就已由理论预言，但由于信号微弱，长期难以在实验数据中清晰识别。
当LHC以接近光速碰撞铅等重原子核时，会在极短时间内产生一种高温、高密度的物质状态——夸克-胶子等离子体。科学家认为，这种物质曾存在于宇宙大爆炸后的早期阶段。在碰撞过程中，高能夸克和胶子会形成被称为“喷注”的准直粒子束。它们穿过夸克-胶子等离子体时，会把部分能量和动量传递给周围介质，介质随之产生响应，其中一种预期表现就是扩散尾迹。
过去20多年里，夸克-胶子等离子体对喷注的影响一直是重离子物理研究的重点。不过，想在复杂的碰撞背景中找到介质响应的直接证据并不容易。CMS此前曾在包含Z玻色子和喷注的事件中看到相关初步迹象，但统计显著性仍不足以给出最终观测结论。
上图：CMS实验记录的铅-铅碰撞产生的两个背靠背喷流的示意图。图中橙色圆锥体标示了喷流的位置。
这一次，CMS转向了发生频率更高的双喷注事件。研究人员利用铅-铅碰撞中成对、背靠背出现的喷流，分析喷注周围发射粒子的相关性，从而把扩散尾迹信号同其他喷注诱导效应区分开来。测量显示，在喷注方向后方，特别是低动量区域，粒子数量出现明显减少，这与扩散尾迹的理论预期一致。
上图：尾流效应与碰撞原子核重叠程度的关系。尾流效应的大小由y轴上各点与零值的距离表示。重叠程度用中心度表示，中心度越小，重叠程度越大。
结果还显示，尾迹信号会随着碰撞“中心度”的变化而增强。中心度反映两个铅核碰撞时的重叠程度，数值越小，重叠越充分。在最中心的铅-铅碰撞中，形成的夸克-胶子等离子体最多，观测到的尾迹信号也最强。对于横向动量在1至2 GeV范围内的低动量粒子，最中心碰撞中的尾迹信号相对于无尾迹基线的偏差超过五个标准差。
伊利诺伊大学芝加哥分校CMS成员参与领导了这项双喷注分析。该校Olga Evdokimov教授表示，这一观测是数十年来寻找尾迹现象的成果;理论早已预言它的存在，但实验数据中一直难以捕捉。该研究主要分析员、博士后研究员Raghunath Pradhan表示，对夸克-胶子等离子体扩散尾迹的观测和量化，将有助于更精确地刻画这种物质的性质和动力学，并为理解早期宇宙演化提供新的线索。
